寒冰小站

1 影音元数据

1）首先介绍一个影音元数据库的网站TMDB。

https://www.themoviedb.org/

注册账号并获取api的key

2）字幕网站

https://www.opensubtitles.com/

注册账号并获取api的key

3）关于刮削的文件命名

基本信息：

原剧集语言
固定演员

参考：

https://www.bilibili.com/read/cv3275648/

https://www.luxiyue.com/personal/%E4%B8%80%E6%96%87%E6%90%9E%E6%87%82%E7%94%B5%E5%BD%B1%E6%96%87%E4%BB%B6%E5%91%BD%E5%90%8D%E8%A7%84%E5%88%99/

https://blog.iplayloli.com/sharing-of-tinymeediamanger-renaming-rules.html

8.4 影视刮削工具

下载刮削工具 TinyMediaManager

下载地址：https://www.tinymediamanager.org/

批量重命名工具 Advance Renamer

下载地址：https://www.advancedrenamer.com/

8.2 影音命名规则

影音分为两种。
1）MOVIE：电影
2）TVSHOW：剧集（例如连续剧或者番剧）

8.2.1电影命名规则

文件夹命名为
影片名称（年份）

电影命名：
电影中文名.电影原始名.发行年份.分辨率.影片来源.影片编码.影片格式
加勒比海盗2：聚魂棺.Pirates.of.the.Caribbean.Dead.Mans.Chest.2006.BluRay.720p.x264.AC3-WOFEI.mkv

8.2.1剧集命名规则

Friends.S03E10.1080p.x264.mkv
节目名称.第几季第几集.分辨率.影片编码.视频格式

8.3 字幕编辑

subtitleEdit 字幕编辑

.default.字母格式: 在文件名末尾附加字幕来将字幕标记为默认字幕

8.4 刮削后整理：重命名

8.4.1 电影
文件夹重命名配置：

${title}${ - ,edition,} (${,year,})

文件命名配置：
${title}${if !movie.title=movie.originalTitle}${.originalTitle}${end}${.,year,}${.,edition,}${.,mediaSource,}${.,videoFormat,}${.,videoCodec,}.${videoBitDepth}bit.${.,audioCodec;upper,}

8.4.2电视

1）文件夹重命名配置：
${showTitle} (${showYear})

2）特别篇或者OVA目录
文件命名配置：
Specials

3）季命名
Season ${seasonNr}

3）文件命名
${tvShow.title}${if !tvShow.title=tvShow.originalTitle}${.,tvShow.originalTitle,}${end}.S${seasonNr2}E${episodeNr2}${.,videoFormat,;replace(format.csv)}${.,videoCodec,;replace(codec.csv)}

第几季第几集用S季数E集数表示
例如，第八季第五集: S08E05

4. 特别篇或者OVA目录文件
   季命名以S00开始

好的文件命名是决定刮削是否准确的关键

效果如图

1.9 番号整理

1.9.1 软件下载安装

使用MDXC进行番号刮削

项目地址：
https://github.com/sqzw-x/mdcx

下载地址：
https://github.com/sqzw-x/mdcx/releases/tag/120240321

配置如下：

具体不能多说了，自己研究吧。展示下刮削效果

1.9.2 番号命名规则

刮削前文件名称整理

1. 目录名称不动
2. 文件名称修改为番号名称

刮削重命名配置

1. 目录名称不动
2. 文件名称修改为番号名称

音乐刮削

下载Music Tag音乐标签客户端
（或者Mp3Tag，需要自己配置源）

文件-添加目录：添加音乐目录

工具栏-点击自动匹配标签：自动匹配项，除了标题和艺术家都选上

文件-重命名：按照 （艺术家 - 标题） 命名

1.9 番号整理

1.9.1 软件下载安装

使用MDXC进行番号刮削

项目地址：
https://github.com/sqzw-x/mdcx

下载地址：
https://github.com/sqzw-x/mdcx/releases/tag/120240321

配置如下：

具体不能多说了，自己研究吧。展示下刮削效果

1.9.2 番号命名规则

刮削前文件名称整理

1. 目录名称不动
2. 文件名称修改为番号名称

刮削重命名配置

1. 目录名称不动
2. 文件名称修改为番号名称

1 方案说明

硬件搭配方便，主要做出了一下三种硬件方案。

1. 省电方案

8100带T和不带T，待机情况下功耗没有区别。
待机功耗。以上13W。

2 硬盘柜版

说明。采用小主机+usb+外接硬盘柜方案。

待机功耗。以上20W。

光标寄存器

光标位置信息位于显卡的2个光标寄存器中，总共16位，分为高位和低位存储。

例如。

标准VGA文本模式为 25 行 80 列

例如：
pos = 0 ：表示 位于 1 行 0 列
pos = 27 ：表示 位于 2 行 2 列
pos =1999 ： 最右下角

读取光标值

光标寄存器的端口号是 0x3d4 和 0x3d5

0x3d4用来写入变量
0x3d5用来获取光标的值

获取光标和设置光标

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uint16 get_cursor();

void set_cursor(uint16 pos);

实现：

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uint16 get_cursor()
{   
    //get high cursor value
    io_out8(0x3d4, 0x0e);
    uint8 cursor_high = io_in8(0x3d5);
    //get low cursor value
    io_out8(0x3d4, 0x0f);
    uint8 cursor_low = io_in8(0x3d5);
    //high + low
    return (cursor_high << 8) + (cursor_low & 0xff);
}

void set_cursor(uint16 pos)
{
    uint8 cursor_high = pos >> 8;
    uint8 cursor_low = pos & 0xff;
    //set high cursor value
    io_out8(0x3d4, 0x0e);
    io_out8(0x3d5, cursor_high);
    //set low cursor value
    io_out8(0x3d4, 0x0f);
    io_out8(0x3d5, cursor_low);
}

说明：
pos代表设置位置，标准VGA文本模式为 25 行 80 列，pos取值从0到1999. 通过get_cursor函数获取光标现在的位置，通过set_cursor设置光标在25 行 80 列文本模式的位置。

外设端口

设备通常会提供一组寄存器来控制设备、读写设备和获取设备状态，即控制寄存器、数据寄存器和状态寄存器。

这些寄器可能位于I/O空间中，也可能位于内存空间中。当位于I/O空间时，通常被称为I/O端口；当位于内存空间时，对应的内存空间被称为I/O内存。

每个外设都是通过读写其寄存器来控制的。外设寄存器也称为I/O端口，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类。

## 外设I/O端口读写

X86的cpu可以直接读写以下三个地方的数据，读写三个地方的指令都是不同的，他们的空间也是分开的，这点要注意。

I/O端口是指设备控制器中可被CPU直接访问的寄存器,主要有以下三类寄存器。

• 数据寄存器:用于缓存从设备送来的输入数据,或从CPU送来的输出数据。
• 状态寄存器:保存设备的执行结果或状态信息,以供CPU读取。
• 控制寄存器:由CPU写入,以便启动命令或更改设备模式。

I/O 端口要想能够被CPU访问,就要对各个端口进行编址,每个端口对应一个端口地址。而对 I/O端口的编址方式有与存储器独立编址和统一编址两种.

将外设的寄存器看成一个独立的地址空间，所以访问内存的指令不能用来访问这些寄存器，而要为对外设寄存器的读／写设置专用指令，如IN和OUT指令。这就是所谓的“ I/O端口”方式

端口读写指令

CPU对外设通过端口读写指令来进行读写数据。

端口读写指令

• in cpu寄存器，端口地址 ： 从端口中读取数据到CPU寄存器

• out 端口地址 , cpu寄存器: 写入CPU寄存器的数据到端口中

• 此处的CPU寄存器，为一个字节（8位），字（16位）或双字（32位），根据CPU寄存器的大小，从端口地址处读取不同的字节数。

include/stdint.h

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#ifndef __LIB_STDINT_H
#define __LIB_STDINT_H

typedef signed char int8;
typedef signed short int16;
typedef signed int int32;
typedef signed long long int64;

typedef unsigned char uint8;
typedef unsigned short uint16;
typedef unsigned int uint32;
typedef unsigned long long uint64;

#endif

类型别名

c语言调用汇编

定义外设端口读写方法，C语言调用汇编

1）首先定义一个C语言头文件

2）使用汇编实现C语言头文件方法

3）C语言和汇编编译链接在一起

include/io.h

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#ifndef __LIB_IO_H
#define __LIB_IO_H

#include "stdint.h"

void io_cli();

void io_sti();

void io_hlt();

uint8 io_in8(uint16 port);

void io_out8(uint16 port, uint8 data);

uint16 io_in16(uint16 port);

void io_out16(uint16 port, uint16 data);

uint32 io_in32(uint16 port);

void io_out32(uint16 port, uint32 data);

#endif

asm/io.asm

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;io.asm
[bits 32]

global io_cli, io_sti, io_hlt
global io_in8, io_out8
global io_in16, io_out16
global io_in32, io_out32

[section .text]

io_cli:     ;void io_cli
    cli
    ret

io_sti:     ;void io_sti
    sti
    ret

io_hlt:     ;void io_hlt
    hlt
    ret

io_in8:       ; uint8 io_in8(uint16 port)
    mov dx,[esp+4]
    mov al,0
    in  al,dx
    ret

io_out8:      ; void io_out8(uint16 port,uint8 data)
    mov dx,[esp+4]
    mov al,[esp+8]
    out dx, al
    ret

io_in16:      ; uint16 io_in16(uint16 port)
    mov dx,[esp+4]
    mov ax,0
    in  ax,dx
    ret

io_out16:     ; void io_out16(uint16 port,uint16 data)
    mov dx,[esp+4]
    mov ax,[esp+8]
    out dx, ax
    ret

io_in32:      ; uint32 io_in32(uint16 port)
    mov dx,[esp+4]
    mov eax,0
    in  eax,dx
    ret

io_out32:     ; void io_out32(uint16 port,uint32 data)
    mov dx,[esp+4]
    mov eax,[esp+8]
    out dx,eax
    ret

ELF文件

上次说过了,其实目标文件和可执行文件都是ELF格式文件

ELF索引表

ELF 文件包括三个索引表

• ELF Header： ELF文件头

  作用：

  1. 指定程序入口

  2. 定位Program  header  table位置

  3. 定位Section  header  table位置

• Program  header  table：程序头表。

  作用：

  1）查询segment的位置（一个segment可能会包含多个Section）

  2）根据此表创建内存中创建映像

• Section  header  table：节区头表。

  作用：

  1）存储文件节区的信息

  2）根据此表定位代码段，数据段位置

ELF内容区

• 字符串表：interp，.strtable ，.shstrtab，.dynstr节区
• 符号表：.symtab
• 代码段：.text节区
• 数据段：.data、.rodata 、.bss节区
• 全局偏移表：.got节区
• 过程链接表： .plt节区
• 哈希表：指.hash节区
• 编译器版信息：.comment

ELF字段类型

• Elf32_Addr：4字节，无符号程序地址

• Elf32_Half： 2字节，无符号中等整数

• Elf32_Off：4 字节，无符号文件偏移

• Elf32_SWord：4 字节，有符号大整数

• Elf32_Word ：4字节，无符号大整数

ELF的三种Header格式

ELF Header格式

ELF文件分析

查看文件头

readelf -h loader1.bin

Program Header 程序头格式

查看程序头：

$ readelf -l 文件名

Section Header节头

节头格式

查看字段头：

$ readelf -S 文件名

符号表 Symbol table

其他

• 查看全部信息

readelf -a loaderELF.o

• 查看所有分段大小

size loaderELF.o

• 查看分段内容

objdump -s loaderELF.o

• 查看符号表

objdump -t loaderELF.o

• 反编译

objdump -S loaderELF.o

内存复制

数据传送指令

movsb指令

movsb : 即字符串传送指令，这条指令按字节送数据。默认复制一个字节/

参数：

• esi：数据源地址
• edi：数据目标地址

rep movsb指令

rep movsb ： 即字符串传送指令，复制多个字节

参数：

• esi：数据源地址
• edi：数据目标地址
• ecx：复制字节数、

汇编代码

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;------------------    
;内存复制 : 源地址，目标地址，字节数
;入参： 
;   esi = 源地址
;   edi = 目标地址
;   ecx = 字节数
MemCopy:
    rep movsb; 
    ret

解析执行ELF文件

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;-----------------------------------
; 解析执行ELF文件: AnalyzeELF
; 入参： 
;   eax=文件内存位置
; 出参： 
;   ebx=入口地址
AnalyzeELF:	


    mov edx, 0
    mov ecx, 0
    mov ebx, [eax + 28]			;program header偏移量
    add ebx, eax				;program header位置
    mov dx,  [eax + 42]			;program header大小
    mov cx,  [eax + 44]			;program header数量
   

    .loopSegment:
        cmp byte [ebx + 0],0	;ptype为0，程序段未使用
        je  .nextSegment

    
        push ecx;
        mov  ecx, 0;
        ;---------------
        ;复制segment
        mov esi, [ebx + 4]		;segment偏移量
        add esi, eax			;src
        mov edi, [ebx + 8]		;dist
        mov cx,  [ebx + 16]		;len
        call MemCopy
        pop ecx;
        
    .nextSegment:
        add ebx, edx
        loop .loopSegment		;继续读取下一个segment
        mov ebx, [eax + 24]     ;返回入口地址
        ret

调用处的代码

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;----------------------
;解析并执行ELF文件
AnalyzeKernel:
    mov     eax, KERNEL_BASE_ADDR 
    call    AnalyzeELF
    jmp     ebx  

执行的c语言程序

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int is_prime(unsigned short n)
{
	//返回1表示素数，返回0表示非素数
	int i = 0;
	for (i = 2; i < n; i++)
	{
		if (n % i == 0)
		{
			return 0;
		}
	}
	return 1;
}

int  _start(){
    unsigned short*   pvga = (unsigned short*)0xb8000;	//填充到显示内存的初始地址	
    for(int i = 0;i <= 0x7fff;i++){
         //char: 0x3 ,color: 0x104
        if(is_prime(i) == 1) {
            *(pvga + i) = (unsigned short)0x1704;		 //显存填充，蓝色背景白色棱形
        } else {
            *(pvga + i) = (unsigned short)0x1700;	 //显存填充背景色
        }
    }
    fin:
    	goto fin;
}

Makefile

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# tools
PLATFORM=Linux
NASM=nasm
BOCHS=bochs
BXIMAGE=bximage

# args
boot=boot
build=build
ENTRY_POINT=0x10000
CFLAGS=-m32 -c -nostdinc -nostdlib -fno-builtin -Wall -W -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes
LDFLAGS=-m elf_i386 -s -e _start -Ttext $(ENTRY_POINT) 

target: $(build)/rastos.img	
	@echo "build img completed"

$(build)/rastos.img:$(build)/boot.bin $(build)/loader.bin $(build)/loaderELF.bin
	$(BXIMAGE) -func=create -imgmode=flat -hd=16M -q $(build)/rastos.img 
	sleep 2
	dd if=$(build)/boot.bin of=$(build)/rastos.img bs=512 count=1  conv=notrunc
	dd if=$(build)/loader.bin of=$(build)/rastos.img bs=512 count=1 seek=1 conv=notrunc
	dd if=$(build)/loaderELF.bin of=$(build)/rastos.img bs=512 count=30 seek=2 conv=notrunc


$(build)/loaderELF.bin: $(build)/loaderELF.o
	$(LD) $(build)/loaderELF.o -o $(build)/loaderELF.bin $(LDFLAGS) 

$(build)/loaderELF.o: $(boot)/loaderELF.c
	$(CC) $(boot)/loaderELF.c  -o $(build)/loaderELF.o $(CFLAGS) 

$(build)/%.bin: $(boot)/%.asm
	$(NASM) -f bin -o $(build)/$*.bin $(boot)/$*.asm	

prepare: $(build)
	@echo "prepare dir $(build)"
    ifeq ($(build), $(wildcard $(build)))
		@echo "build directory exist..."
    else
		mkdir -p $(build)
    endif

clean:
	@echo "clean dir $(build)"
	rm -rf $(build)/*

platform:
	@echo $(PLATFORM)

加载执行c语言程序的代码并执行

天空任鸟飞，海阔凭鱼跃。我们已经成功的从启动，到进入c语言的世界，接下来就是无限的可能性。

C语言程序

工具

首先，需要的工具软件列表：

• gcc编译器：

编译C语言程序

1. 为什么没有main函数

main函数链接时需要一些系统库文件。而我们的系统目前并没有任何的系统库可以用，会导致报错。

所以此处不能使用main函数。

那么我们使用默认的入口_start符号(不设置,则默认为0)

准备工作

输出当前现存位置是否为素数的c语言代码

boot/loaderELF.c

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int is_prime(unsigned short n)
{
	//返回1表示素数，返回0表示非素数
	int i = 0;
	for (i = 2; i < n; i++)
	{
		if (n % i == 0)
		{
			return 0;
		}
	}
	return 1;
}

int  _start(){
    unsigned short*   pvga = (unsigned short*)0xb8000;	//填充到显示内存的初始地址	
    for(int i = 0;i <= 0x7fff;i++){
         //char: 0x3 ,color: 0x104
        if(is_prime(i) == 1) {
            *(pvga + i) = (unsigned short)0x1704;		 //显存填充，蓝色背景白色棱形
        } else {
            *(pvga + i) = (unsigned short)0x1700;	 //显存填充背景色
        }
    }
    fin:
    	goto fin;
}

说明：
1）计算素数数字，左上为0，位置从左到右并逐行增加，和显存的偏移量相同
2）使用简单的循环遍历计算当前位置的数字是否为素数
3）如果位置不为素数，输出空白，为素数输出棱形
3）0x1704: 0x17代表蓝色背景白色文字，0x04在ascii码里面是棱形```

编译成目标文件

$ gcc boot/loaderELF.c -m32 -c build/loaderELF.o

gcc编译参数

-O0: 无优化。编译器不会进行任何优化，生成的代码与源代码几乎完全相同。
-nostdinc: 不搜索默认路径头文件
-nostdlib： 不使用标准库
-fno-builtin： 不使用内建函数
-Wall
-Wstrict-prototypes
-Wmissing-prototypes

链接C语言程序

1. 为什么要指定程序入口
由于在保护模式下，我们默认加载到 0x10000处执行代码。所以，下载需要做的是
1）指定当前c语言程序的入口地址为0x10000
2）复制程序段的执行程序段到 0x10000

链接并指定程序入口

ld -m elf_i386 -s -Ttext 0x00010000 build/loaderELF.o -o build/loaderELF.bin

最后的bin文件大小大概 是14Kb.

ELF信息查看

查看文件信息

file loaderELF.bin

查看反编译内容

objdump -S loaderELF.bin

查看文件信息

readelf -e loaderELF.bin

查看纯二进制内容

xxd loaderELF.bin

GDT全局描述符表

什么是GDT全局描述符表

GDT全称为Global Descriptor Table,全局描述符表。

保护模式的寻址方式不在使用寄存器分段的方式直接寻址方式了。而采用的是使用GDT（全局分段描述表）来寻址。从而使用更多的内存地址。

创建GDT全局描述符表使用到一个48位的寄存器：GDTR寄存器。

1）首先，在内存中划分一些内存段，并且每个内存段赋予一个索引。

2）然后，使用lgdt指令，设置GDT的索引和表信息的内存地址到GDTR寄存器。

3）进入保护模式，指令跳转，从实模式分段方式寻址切换到使用GDT分段方式寻址。

4. GDT可以被放在内存的任何地方,只要提供内存地址给GDTR寄存器就可以了。

GDT格式

GDT全局描述符表

• 表基地址，表基地址位GDT段表在内存的地址，GDT段表是一个列表，存储了多个 GDT段描述符。
• 表界限：GDT段表的空间信息，以字节为单位。

GDT全局描述符表 = GDT段表基地址 | 16位表界限

GDT段表 =　 GDT段描述符　｜　 GDT段描述符　｜　GDT段描述符 …

表界限 = GDT字节数 - 1 （表示 0 - 0x…）

GDT段描述符

GDT段描述符，用来描述在GDT方式在内存中分配的一个段信息，总共8字节64位。

GDT段描述符结构

为了兼容以前的CPU，GDT段描述符的信息被分割成几个部分，格式如下：

GDT段描述符　＝　

高32位：段基址 （高8位）| 段描述符（高4位） | 段界限（高4位） | 段描述符（低8位）| 段基址 （中8位）

低32位：段基址 （低16位） | 段界限（低16位）

• 32位段基址 = 段基址 （高8位） + 段基址 （中8位） + 段基址 （低16位）

• 20段界限 = 段界限（高4位） + 段界限（低16位）

• 12位段描述符 = 段描述符（高4位 ）+ 段描述符（低8位）

段描述符定义

• 段基址：规定段的起始地址,长度32位.
• 段界限：规定段的大小,长度20位。段界限可以是以4KB或者1B为单元大小
• 段属性：确定段的各种性质.长度(12位)

段属性：

• G 粒度位: 段界限的单位大小，G=1表示段界限以4KB为单元单位，G=0表示段界限以1B为单元单位
• D/B 表示操作数为多少位， 0表示16位操作数，1表示32位操作数
• L ： 0 表示非64位代码段，1表示64位代码段
• AVL ：可用字段，暂时没什么用
• P 段存在位:通常为1，表示段存在于内存中，0则此段为非法的，不能被用来实现地址转换
• DPL 特权级(2位): 用来实现保护机制
• S 为0表示系统段，为1表示非系统段
• type 类型(4位): 用于区别不同类型的描述符。内存段或者门的子类型

type值

段界限:

段界限边界值 = （描述符的段界限值 + 1） × （段界限颗粒读：4Kb 或者 1b） -1

反之：
描述符的段界限值 = （段界限边界值 + 1） /（段界限颗粒读：4Kb 或者 1b）

例如：

16MB的段界限值 = 0x1000000 /（段界限颗粒读：4Kb 或者 1b - 1）= 0x0fff

段选择子

段选择子包括三部分：描述符索引（index）、TI、请求特权级（RPL）

GDTR寄存器

在内存中建立完成GDT信息后，CPU会将GDT的内存地址 和 段界限 数据加载入GDTR寄存器

GDTR寄存器数据(48位)：

GDTR定义数据(48位) ＝ GDT全局描述符表的大小(16位) + GDT全局描述符表的地址(32位)

lgdt指令

lgdt GDTR定义数据

其中GDT全局描述符表数据格式如下

GDT全局描述符表 = GDT段描述符(64位) | GDT段描述符(64位) | GDT段描述符(64位) …

GDT段描述符 = 段基址 （8位）| 段描述符（4位） | 段界限（4位） | 段描述符（8位） | 段基址 （8位） | 段基址 （16位） | 段界限（16位）

其中，第一个GDT段的数据为空。

GDT临时分段

GDT临时段说明

现在已经进入了保护模式, 目前的改变

• 可以访问1M以上的内存了
• 可以使用32位的指令

问题：

由于以前的是实式下段寄存器寻址方式无法使用了，我们必须切换到使用GDT段方式来寻址

首要的任务就是先建立一个临时的GDT段，以便我们接下来的指令操作

目前准备建立3个段，如下：

Base, Limit, Attr

代码段：0x00000000, 0xfffff, 1100_1001_1010B = db 0x0000ffff, 0x00cf9a00

数据段：0x00000000, 0xfffff, 1100_1001_0010B = db 0x0000ffff, 0x00cf9200

vga显卡内存数据段：x000b8000, 0x00fff, 1100_1001_0010B

GDT解析宏

首先创建一个nasm宏，可以进行GDT解析

参数为GDT的Base, Limit, Attr，也就是段基址(32位),段界限(20位),段描述符(12位)，然后生成GDT在内存中的数据

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;---------------------------------------------------------
; 描述符
; usage: Gdt_Descriptor Base, Limit, Attr ：  段基址(32位),段界限(20位),段描述符(12位)
;        Base:  dd
;        Limit: dd (low 20 bits available)
;        Attr:  dw (lower 4 bits of higher byte are always 0)
;---------------------------------------------------------
%macro Gdt_Descriptor  3
dw %2 & 0xFFFF
dw %1 & 0xFFFF
db (%1 >> 16) & 0xFF
db %3 & 0xFF
db ((%3 >> 4 ) & 0xF0 ) | ((%2 >> 16) & 0x0F )
db (%1 >> 24) & 0xFF
%endmacro

GDT 描述符属性定义

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;--------------   gdt描述符属性  -------------
DESC_G_4K   equ	  1000_0000_0000b   
DESC_D_32   equ	  0100_0000_0000b
DESC_L	    equ	  0000_0000_0000b	;  64位代码标记，此处标记为0便可。
DESC_AVL    equ	  0000_0000_0000b	;  cpu不用此位，暂置为0  
DESC_P	    equ	  0000_1000_0000b
DESC_DPL_0  equ	        000_0000b
DESC_DPL_1  equ	        010_0000b
DESC_DPL_2  equ	        100_0000b
DESC_DPL_3  equ	        110_0000b
DESC_S_CODE equ	          1_0000b
DESC_S_DATA equ	          1_0000b
DESC_S_SYS  equ		      0_0000b
DESC_TYPE_CODE  equ	        1010b	;x=1可执行代码段,c=0普通,r=1可读,a=0已访问位a清0  
DESC_TYPE_DATA  equ	        0010b	;x=0数据段,e=0向高位扩展,w=1可写,a=0已访问位a清0.

DESC_ATTR_CODE equ  DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE 
DESC_ATTR_DATA equ  DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA 


;--------------   选择子属性  ---------------
RPL0    equ   00b
RPL1    equ   01b
RPL2    equ   10b
RPL3    equ   11b
TI_GDT	equ   000b
TI_LDT	equ   100b

;-------------    选择子序列 --------------------------
SELECTOR_CODE equ 0x1<<3
SELECTOR_DATA equ 0x2<<3
SELECTOR_VGA equ  0x3<<3

定义GDT全局描述符表

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;---------------------------------
;定义GDT全局描述符表
;code: 0x00000000 - 0x000FFFFF  
;data: 0x00000000 - 0x000FFFFF  
;vga:  0x000B8000 - 0x000BFFFF
;---------------------------------
Gdt_Addr:
    dw		8*4-1						;指定段上限为4(GDT全局描述符表的大小)
    dd		Gdt_Table_Addr				;GDT全局描述符表的地址
Gdt_Table_Addr:
    Gdt_Descriptor 0,0,0
    Gdt_Descriptor 0x00000000, 0x000FFFFF, DESC_ATTR_CODE  ;可以执行的段
    Gdt_Descriptor 0x00000000, 0x000FFFFF, DESC_ATTR_DATA  ;可以读写的段
    Gdt_Descriptor 0x000B8000, 0x00007FFF, DESC_ATTR_DATA  ;vga段
    dw		0	

加载gdt

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;---------------------------
;加载GDT
lgdt [Gdt_Addr]

代码

创建常量头文件

创建 boot.inc文件。用来配置常量

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; boot.inc
;---------------------------------------------------------
; 描述符
; usage: Gdt_Descriptor Base, Limit, Attr ：  段基址(32位),段界限(20位),段描述符(12位)
;        Base:  dd
;        Limit: dd (low 20 bits available)
;        Attr:  dw (lower 4 bits of higher byte are always 0)
;---------------------------------------------------------
%macro Gdt_Descriptor  3
dw %2 & 0xFFFF
dw %1 & 0xFFFF
db (%1 >> 16) & 0xFF
db %3 & 0xFF
db ((%3 >> 4 ) & 0xF0 ) | ((%2 >> 16) & 0x0F )
db (%1 >> 24) & 0xFF
%endmacro



;--------------   gdt描述符属性  -------------
DESC_G_4K   equ	  1000_0000_0000b   
DESC_D_32   equ	  0100_0000_0000b
DESC_L	    equ	  0000_0000_0000b	;  64位代码标记，此处标记为0便可。
DESC_AVL    equ	  0000_0000_0000b	;  cpu不用此位，暂置为0  
DESC_P	    equ	  0000_1000_0000b
DESC_DPL_0  equ	        000_0000b
DESC_DPL_1  equ	        010_0000b
DESC_DPL_2  equ	        100_0000b
DESC_DPL_3  equ	        110_0000b
DESC_S_CODE equ	          1_0000b
DESC_S_DATA equ	          1_0000b
DESC_S_SYS  equ		      0_0000b
DESC_TYPE_CODE  equ	        1010b	;x=1可执行代码段,c=0普通,r=1可读,a=0已访问位a清0  
DESC_TYPE_DATA  equ	        0010b	;x=0数据段,e=0向高位扩展,w=1可写,a=0已访问位a清0.

DESC_ATTR_CODE equ  DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE 
DESC_ATTR_DATA equ  DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA 


;--------------   选择子属性  ---------------
RPL0    equ   00b
RPL1    equ   01b
RPL2    equ   10b
RPL3    equ   11b
TI_GDT	equ   000b
TI_LDT	equ   100b

;-------------    选择子序列 --------------------------
SELECTOR_CODE equ 0x1<<3
SELECTOR_DATA equ 0x2<<3
SELECTOR_VGA equ  0x3<<3

;----------- loader const ------------------
LOADER_SECTOR_LBA  		equ 0x1		;第2个逻辑扇区开始
LOADER_SECTOR_NUM		equ 9		;读取9个扇区
LOADER_BASE_ADDR 		equ 0x8000  ;内存地址0x8000
;-------------------------------------------

loader.asm文件

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;RAST LOADER [0x9000]
;Tab=4
[bits 16]

%include "boot/boot.inc"

section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR ;指明程序的偏移的基地址


jmp Entry;
;---------------------------------
;定义GDT全局描述符表
;code: 0x00000000 - 0x000FFFFF  
;data: 0x00000000 - 0x000FFFFF  
;vga:  0x000B8000 - 0x000BFFFF
;---------------------------------
Gdt_Addr:
    dw		8*4-1						;指定段上限为4(GDT全局描述符表的大小)
    dd		Gdt_Table_Addr				;GDT全局描述符表的地址
Gdt_Table_Addr:
    Gdt_Descriptor 0,0,0
    Gdt_Descriptor 0x00000000, 0x000FFFFF, DESC_ATTR_CODE  ;可以执行的段
    Gdt_Descriptor 0x00000000, 0x000FFFFF, DESC_ATTR_DATA  ;可以读写的段
    Gdt_Descriptor 0x000B8000, 0x00007FFF, DESC_ATTR_DATA  ;vga段
    dw		0	

;程序核心内容
Entry:
    
    ;----------------------
    ;禁止CPU级别的中断，进入保护模式时没有建立中断表
    ;----------------------
    cli	

    ;----------------------
    ;打开A20
    ;----------------------
    in 		al,0x92
    or 		al,0000_0010B       ;设置第1位为1
    out 	0x92,al
    
    ;----------------------
    ;加载GDT
    ;----------------------
    lgdt [Gdt_Addr]

	;----------------------
    ;进入保护模式
    ;----------------------
    mov 	eax,cr0
    or 		eax,0x1      ;设置第0位为1
    mov 	cr0,eax

;程序挂起
Fin:
    hlt 					;让CPU挂起，等待指令。
    jmp Fin
    
    

times	512-($-$$) db  0 ; 处理当前行$至结束(1FE)的填充

测试

使用bochs执行

打好断点后，执行并查看gtd描述符数据是否正确。

info gdt

保护模式

保护模式寻址方式

1. 实模式下寻址的缺陷

2.保护模式下寻址

实模式下使用的是段寄存器(16位) << 4 + 偏移地址方式来寻址。

保护模式和实模式下的完全不一样。

1. 保护模式下寻址方式

   1）首先内存中建立一个GDT全局分段描述表。

   2）DS中不再是内存的段开始地址，而是GDT表的索引。

   3）寻址时，首先根据DS的高13位的值得到一个索引，然后查找到在GDT中对应的一个全局分段描述。再根据这个描述来定位到段的开始位置。

   4）找到GDT段之后，继续根据偏移地址，在GDT段内进行内存寻址。

2. 段的跳转指令

   JMP 段选择子:偏移地址

1）加载段选择子到CS段寄存器
2）获取段选择子索引号，根据索引号查找GDT表，加载GDT段描述符到CS段寄存器的描述符缓存
3）加载偏移地址到EIP寄存器
4）根据 CS段寄存器的描述符缓存 和 EIP寄存器 寻址。

最后跳转位置是

内存地址：段基本地址(根据段选择子获取) + 偏移地址

保护模式下的段

1. 段选择器

保护模式下，段寄存器CS，DS,ES,，FS，GS,SS，称之为段选择器。

段选择器中的数据称为段选择子

段选择子 ： 描述符索引(13位) | TI | RPL

其中

• 描述符索引：GDT描述符表中的描述符的索引号(从0开始：0,1,2,3…)
• TI： TI = 0 表示GDT描述符， TI =1 表示LDT描述符
• RPL： 请求权特级：

当我们跳转到段的时侯，实际上是段选择器赋值为以上格式的值即可。

实模式和保护模式的区别

在计算机加载完成后，在实模式执行完一些初始化和加载工作。然后CPU设置进入保护模式。可以使用16位的数据。。

为了突破实模式1M内存寻址的限制，使用到更多内存。于是出现了保护模式，保护模式下，通过开启A20总线，可以使用32位的寄存器操作，其实访问地址已经达到了1<<32=4G内存。

实模式与保护模式的最大区别就是寻址方式:

1）保护模式不再使用段寄存器 <<4 ＋偏移地址的方式寻址，通过建立分段表将内存分成段。寻址时先加载分段表进入不同的段位置，然后在当前段内继续进行内存寻址。

2）保护模式不能使用BIOS中断

进入保护模式

[TOC]

进入保护模式

进入保护模式的步骤：

1. 关闭中断，打开地址线A20GATE，使得CPU可以访问1M以上的内存空间。
2. 设置CR0寄存器，进入保护模式。
3. 加载临时GDT
4. 进入保护模式后，首先执行jmp指令。因为内存寻址方式改变，需要刷新指令流水线

打开A20Gate

1. A20Gate的作用

在实模式下，A20Gate是关闭的，意味着只能使用20根地址线，需要通过打开A20Gate,访问第21根以上的总线。

A20Gate关闭时侯的内存访问：

在8088 CPU下, 只能使用20根总线 .

因此,初始化时, A20Gate关闭式，使用20根总线. 所以寻址范围位 0x00000 ~ 0xFFFFF,总共1M的地址范围。

当访问的地址大于这个范围，高位的值将被截取掉，导致超出1M的地址访问会使得CPU回滚到1M内地址范围的现象

例如:

当使用 [0xFFFF :0xFFFF ] 内存地址，得到的地址位 0x10FFEF 。但是在实模式下，由于20根总线的限制，最高位的1是无效的，实际的访问地址回绕到 [0x0FFEF]。

A20Gate打开后的内存访问：

后期,80286使用24根总线,而80286有24根总线,80386有32位总线.

打开A20Gate， 可以使用到32位的地址总线，内存地址访问也达到了1<<32 的4G范围。

实际上开启A20Gate，总线的寻址能力达到了4G，但是cpu的内存访问能力因为16位段寄存器，和16位偏移地址的限制，并不能协调工作。

A20Gate打开后, 还需要进入保护模式, 建立GDT描述名, 进行段地址 和 内存的映射关系, 使用新的内存地址访问方式 . 突破cpu的内存访问限制。

2. 开启A20Gate

开启A20Gate，只要设置io端口0x92的第一位为1就可以了。

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;------------------
;打开A20
cli							;禁止CPU级别的中断
in 		al,0x92
or 		al,0000_0010B        	;设置第1位为1
out 	0x92,al

设置CR0寄存器，进入保护模式

CR0寄存器

CR0寄存器是一个32位的寄存器

第0位-PE位：
Protection Enable（保护使能）是CR0寄存器的第0位（bit 0）。当设置了PE标志时，启用保护模式；当清除PE标志时，启用实地址模式。该标志位并不直接启用分页机制，它仅启用段级别的保护。要启用分页，必须同时设置PE和PG标志。

第1位-MP位：
Monitor Coprocessor（监视协处理器）是CR0寄存器的第1位（bit 1）。它控制WAIT（或FWAIT）指令与TS标志（CR0的第3位）的交互作用。如果设置了MP标志，并且TS标志也被设置，那么WAIT指令将引发设备不可用异常（#NM）。如果清除了MP标志，则WAIT指令将忽略TS标志的设置。

第16位-WP位：
Write Protect（写保护）是CR0寄存器的第16位（bit 16）。当设置了WP标志时，阻止特权级程序对只读页面进行写操作；当清除WP标志时，允许特权级程序对只读页面进行写操作（不考虑U/S位的设置）。该标志有助于实现创建新进程（forking）时使用的写时复制（copy-on-write）方法，该方法在UNIX等操作系统中被使用。在软件可以设置CR4.CET之前，必须设置此标志，并且只要CR4.CET = 1，就不能清除该标志。

第18位-AM位：
Alignment Mask（对齐掩码）是CR0寄存器的第18位（bit 18）。当设置了AM标志时，启用自动对齐检查；当清除AM标志时，禁用对齐检查。对齐检查仅在满足以下条件时进行：AM标志被设置、EFLAGS寄存器中的AC标志被设置、CPL（当前特权级）为3，并且处理器处于保护模式或虚拟8086模式下。

第31位-PG位：
Paging（分页）标志位是CR0寄存器的第31位。当该位被设置时（为1时），启用分页机制；当该位被清除时（为0时），禁用分页机制。当分页被禁用时，所有线性地址都被视为物理地址。也就是说没有分页机制，段机制通过段基址加偏移后就是真实物理地址，如果PE标志（寄存器CR0的第0位）未设置，PG标志则没有影响；在PE标志被清除时设置PG标志会导致通用保护异常（#GP）。

设置CR0寄存器的最高位为0，最低位为1，则可以进入保护模式。

CR0寄存器的作用

• 改变段寻址方式，使用段描述符方式寻址。
• 实模式指令的操作数默认为16位，保护模式指令的操作数默认为32位。

代码：

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;------------------
;进入保护模式
mov 	eax,CR0
or 		eax,0x00000001            ;设置第0位为1
mov 	CR0,eax

loader.asm完整代码如下

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; RAST LOADER
;Tab=4
[bits 16]

;----------- loader const ------------------
LOADER_BASE_ADDR 		equ 0x9000  ;内存地址0x9000
;---------------------------------------

section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR ;指明程序的偏移的基地址

	jmp Entry
	
	
;程序核心内容
Entry:
	

	;------------------
	;禁止CPU级别的中断
	;------------------
	cli						    

	;------------------
	;打开A20
	;------------------
	in 		al,0x92
	or 		al,0000_0010B       ;设置第1位为1
	out 	0x92,al
	

	;------------------
	;进入保护模式
	;------------------
	mov 	eax,cr0
	or 		eax,0x1      ;设置第0位为1
	mov 	cr0,eax



;程序挂起		
	jmp $			;让CPU挂起，等待指令。

times	512-($-$$) db  0 ; 处理当前行$至结束(1FE)的填充

使用bochs调试

在0x7c00打断点，输入c跳转执行

$ pb 0x7c00

$ c

输入显示切换模式命令

$ show mode

输入c继续执行

$ c

可以看到控制他输出：

00017609546: switched from ‘real mode’ to ‘protected mode’

说明系统成功的从实模式切换到保护模式

查看CR0的PE位: 值为1

$ creg

保护模式内存分配

Makefile

安装make

安装make

sudo apt-get install make

make -v

创建Makefile文件，并执行make命令

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# tools
PLATFORM=Linux
NASM=nasm
BOCHS=bochs
BXIMG=bximage

# args
boot=boot
build=build

target: prepare img  
	$(BOCHS) -f bochsrc.me


img: $(build)/astraos.img	
	@echo "build img completed"

$(build)/astraos.img:$(build)/boot.bin $(build)/loader.bin 
	$(BXIMAGE) -mode=create  -imgmode=flat -hd=16M   -q $(build)/astraos.img 
	sleep 1
	dd if=$(build)/boot.bin of=$(build)/astraos.img bs=512 count=1  conv=notrunc
	dd if=$(build)/loader.bin of=$(build)/astraos.img bs=512 count=1 seek=1 conv=notrunc

$(build)/%.bin: $(boot)/%.asm
	$(NASM) -f bin -o $(build)/$*.bin $(boot)/$*.asm	

prepare: $(build)
	@echo "prepare dir $(build)"
    ifeq ($(build), $(wildcard $(build)))
		@echo "build directory exist..."
    else
		mkdir -p $(build)
    endif

clean:
	@echo "clean dir $(build)"
	rm -rf $(build)/*

platform:
	@echo $(PLATFORM)